CN108927616A - 机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，包括依次连接的一个生产线水气总线控制单元、若干组区域水气控制分支单元和若干组机器人水气控制子单元，给回水控制模块中给水管的进口和回水管的出口分别连接地面给水箱，给水管上设置有与总线模块电连接的水流量传感器和电磁截止阀；动力气控制模块包括高压气管和低压气管，低压气管上设置有与总线模块电连接的气压传感器和气体截止阀；各个控制子单元中的总线模块并联连接后与依次与分支单元、总线控制单元电连接。本发明的控制系统机器人水气单元和区域控制单元属于并联结构，保证不同机器人可以独立进行开关控制，同时也可接受整个系统的同一控制。

Description

机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统

技术领域

本发明涉及机器人生产线的智能冷却控制系统技术领域，特别是涉及一种机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统。

背景技术

以工业机器人为主体的自动化的焊接生产线具有线体规模巨大、工作环境要求高、自动化高、工作强度大等优点，广泛应用于白车身焊接，复杂结构件焊接等大规模生产上。

由于自动化的焊接生产线集成了大量工业机器人、焊钳及相关电气设备，需要设置大规模冷却水和动力气体供应系统，其中气体是用来控制焊钳闭合，而冷却水是用来降低焊钳以及相关电动器件的工作温度。一旦由于气源系统故障，气体压力降低或者压力丢失，而机器人仍处于正常生产状态，造成焊钳无法闭合或闭合不到位的情况，产生焊点虚焊或者焊钳机构动作不执行与车身碰撞等现象，导致焊钳电极帽粘连到车身上或电机帽脱落，此时冷却水会从电极帽脱落的部分泄露出来，造成自身机器人或周边机器人停机或短路，破坏整个生产线，其直接和间接损失相当巨大。

目前我国对于基于机器人自动化焊接生产线处于开始阶段，尚无与之配套的专业区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其往往将单独的机器人冷却控制单元和动力气控制单元串联组成统一机器人水气控制系统，故障完全是由人工检查监视，这大大降低了自动化生产线的效率，增了线体故障的危险系数。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，以解决上述现有技术存在的问题，该控制系统不仅可以为每个机器人提供冷却水和工作气体，还可以检测每个机器人或一个工作区域的冷却水和工作气体的工作情况，并在出现泄露故障时迅速做出相应的反应。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，包括依次连接的一个生产线水气总线控制单元、若干组区域水气控制分支单元和若干组机器人水气控制子单元，所述机器人水气控制子单元与机器人连接，所述机器人水气控制子单元包括固定于安装支架上的给回水控制模块、动力气控制模块和总线模块，所述给回水控制模块包括依次连接的给水管和回水管，所述给水管的进口和回水管的出口分别用于通过软管连接地面给水箱，所述给水管上设置有与所述总线模块电连接的水流量传感器和电磁截止阀；所述动力气控制模块包括高压气管和低压气管，所述低压气管上设置有与所述总线模块电连接的气压传感器和气体截止阀，所述高压气管用于与压缩机连接；各个所述机器人水气控制子单元中的所述总线模块并联连接后与依次与所述水气控制分支单元、生产线水气总线控制单元电连接。

可选的，所述给回水控制模块通过呢绒锁紧块固定在所述安装支架上。

可选的，所述给水管为铜质给水管，所述回水管为铜质回水管。

可选的，所述给水管的进口处设置有手动截止阀。

可选的，所述给水管的进口与所述水流量传感器之间安装有Y型液体过滤器。

可选的，所述回水管上安装有水压平衡器，所述水压平衡器用于调整给水和回水压力差。

可选的，所述给水管的顶端安装有排气风阀。

可选的，所述动力气控制模块还包括安装在输气管上的油水分离器，所述油水分离器用于过滤低压气体。

可选的，所述动力气控制模块还包括安装在输气管上的气体压力比例阀。

可选的，所述动力气控制模块还包括安装在输气管上的气体调压过滤器，所述气体调压过滤器用于调整所述输气管中的气压值并进行低压气体过滤。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明提供的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统是由控制单一机器人水气单元和控制生产线内规定区域水气的控制单元的系统组成，单一机器人水气控制单元和区域供水供气的控制单元属于并联结构，保证不同机器人相应的水气控制单元即可以独立进行开关控制，同时也可以接受整个系统的统一控制。

2.本发明提供的控制系统中区域水气的控制单元所控制的单一机器人水气控制单元数量，可根据生产线布置需要自动调整。

3.本发明可以自动识别提供机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统中发生故障的区域和机器人位置，并同时具有自动控制与手动控制相结合的方式开关单元。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统的控制原理图；

图2为本发明所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统的结构设计原理图；

图3为机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统中的水气控制分支单元的实际结构连接主视图；

图4为机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统中的水气控制分支单元的实际结构连接后视图；

其中，1排气风阀；2水流量传感器；3总线模块；4水压平衡器；5电磁截止阀；6Y型液体过滤器；7气压传感器；8气体截止阀；9油水分离器；10气体调压过滤器；11给水管；12回水管；13呢绒锁紧块；14手动截止阀；15安装支架；16气体压力比例阀；17给回水控制模块；18溢流阀；19动力气控制模块；20区域水气控制分支单元；21气压监控器；22警报器；23电磁压力比例阀；24过滤器；25气动支路电磁换向阀(两位三通)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，以解决上述现有技术存在的问题，该控制系统不仅可以为每个机器人提供冷却水和工作气体，还可以检测每个机器人或一个工作区域的冷却水和工作气体的工作情况，并在出现泄露故障时迅速做出相应的反应。

本发明提供的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，包括依次连接的一个生产线水气总线控制单元、若干组区域水气控制分支单元和若干组机器人水气控制子单元，机器人水气控制子单元与机器人连接，机器人水气控制子单元包括固定于安装支架上的给回水控制模块、动力气控制模块和总线模块，给回水控制模块包括依次连接的给水管和回水管，给水管的进口和回水管的出口分别用于通过软管连接地面给水箱，给水管上设置有与总线模块电连接的水流量传感器和电磁截止阀；动力气控制模块包括高压气管和低压气管，低压气管上设置有与总线模块电连接的气压传感器和气体截止阀，高压气管用于与压缩机连接；各个机器人水气控制子单元中的总线模块并联连接后与依次与水气控制分支单元、生产线水气总线控制单元电连接。

给水管和回水管中进行冷却水的循环，水流量传感器用于监测水管中的水流量变化，出现流量过大或者较小时，将信息反馈给总线模块，总线模块再将信息传递到区域控制单元，可单独通过总线模块关闭相应的出现故障的机器人水气单元中冷却控制装置的电磁截止阀，停止故障机器人的工作；气压传感器用于监测低压气管中的气压的变化，当气压不足时，可以将信息反馈给总线模块，总线模块再将信息传递到区域控制单元，可单独通过总线模块关闭相应的出现故障的机器人水气单元的气体截止阀，停止故障机器人的工作；各个机器人水气单元中的总线模块并联连接后与区域控制单元电连接，可以独立进行开关控制，同时也可以接受整个系统的统一控制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-4，其中，图1为本发明所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统的控制原理图；图2为本发明所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统的结构设计原理图；图3为机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统中的水气控制分支单元的实际结构连接主视图；图4为机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统中的水气控制分支单元的实际结构连接后视图。

如图1-4所示，本发明提供一种机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，包括依次连接的一个生产线水气总线控制单元、若干组区域水气控制分支单元20和若干组机器人水气控制子单元，机器人水气控制子单元与机器人连接，具体的，机器人水气控制子单元包括固定于安装支架15上的给回水控制模块17、动力气控制模块19和总线模块3，给回水控制模块17包括依次连接的给水管11和回水管12，给水管11的进口和回水管12的出口分别用于通过软管连接地面给水箱，给水管11上设置有与总线模块3电连接的水流量传感器2和电磁截止阀5；动力气控制模块19包括高压气管和低压气管，低压气管上设置有与总线模块3电连接的气压传感器7和气体截止阀8，高压气管用于与压缩机连接；各个机器人水气控制子单元中的总线模块3并联连接后与依次与水气控制分支单元、生产线水气总线控制单元电连接。

给回水控制模块17通过呢绒锁紧块13固定在安装支架15上；给水管11为铜质给水管，回水管12为铜质回水管；给水管11的进口处设置有手动截止阀14；给水管11的进口与水流量传感器2之间安装有Y型液体过滤器6；回水管12上安装有水压平衡器4，水压平衡器4用于调整给水和回水压力差；给水管11的顶端安装有排气风阀1。动力气控制模块19还包括油水分离器9、气体压力比例阀16以及气体调压过滤器10，气体调压过滤器10用于调整输气管中的气压值并进行低压气体过滤。

利用铝合金型材组装成一个安装支架15，安装支架15正面利用呢绒锁紧块13安装气动焊钳冷却控制装置，与低压气体过滤系统，在安装支架15背面安装气动焊钳动力控制装置。其中呢绒锁紧块13可起到减振的作用。

本发明提供一种可以对整条机器人焊接生产线的动力气和冷却水进行智能化、自动化的系统，该控制系统不仅可以为每个机器人提供冷却水和工作气体，还实时监测每个机器人或一个工作区域的所有机器人的冷却水和工作气体的供应情况。当某个机器人系统出现漏水或者漏气故障时候，整个系统可以自动的定位故障区域，并判断故障点和等级，动的对区域内故障机器人或者整个故障区域进行断水和停气操作，并发出警报提醒值班人员到故障区域进行维修，且不影响生产线其他区域的工作。

参考图1，本发明提供的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统的设计原理和方法，与传统工业机器人自动化生产线将每个机器人水汽控制子单元都并联在工厂总的供水供气管线上，由一个总控阀控制的原理不同，采用的是三级并联结构和闭环控制原理。整个系统具体包括生产线上的一个生产线水气总线控制单元、若干组区域水气控制分支单元20和若干组机器人水气控制子单元。其中总线控制单元由总线动力气和冷却水控制阀，以及总线控制模块组成，安装在生产线的冷却水和动力气的总管路终端，其作用是汇总各个区域控制单元的发出的控制信号和故障报警，并根据报警信号的等级来控制整个生产线冷却水管路和动力气管路的开关。

而本发明所提到的区域水气控制分支单元20为本发明的核心，是由区域总线控制模块、区域动力气和冷却水控制阀和区域流量监测单元组组成，在整个系统的作用是既用以监测和控制所辖区域内的每个机器人水汽控制子单元的工作状况，同时负责向总线控制单元回馈该区域的异常信号和接受控制信号。区域水气控制分支单元20的数量是可以根据生产线中的环岛式区域布局和数量确定的，一个区域水气控制分支单元20所下辖的若干个工业机器人的水气控制子单元数量也同样根据生产线环岛区内机器人数量而定。相对于总线控制单元，生产线中不同环岛区的水气控制分支单元在控制程序中进行了编号，且并联于整条生产线的动力气、冷却水和控制总线上，接受生产线水气总线控制单元的直接控制。而每个机器人的人水气控制子单元则是并联在个环岛区域中的动力气、冷却水和控制总线上，由区域水气控制分支单元20的控制柜和控制阀进行完成检测与控制。

参考图2、图3和图4，本发明所提供的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统中的机器人水气控制子单元为整个系统的最基础组成单位，具体分为给回水控制模块17和动力气控制模块19，都安装在铝合金安装支架15上。整个子单元与单个工业机器人直接连接，为机器人气动焊钳提供不同压力的动力气体，以及为气动焊钳和相关设备输送冷却水的工作，并设计有监控功能。机器人水气控制子单元中的给回水控制模块17是由电磁截止阀5、Y型液体过滤器6、排气风阀1、水流量传感器2、水压平衡器4和手动截止阀14组成。电磁截止阀5是用来自动控制管路的开关的作用，Y型液体过滤器6起到过滤的作用，以保证200目的过滤等级，同时与电磁截止阀5防止水锈沉积在焊钳与冷却装置中。为实时监控冷却水的流量和水压，在进水管和回水管12上安装水流量传感器2，而水压平衡器4目的是调整给水与回水压力差，并起到单向阀的作用，保证回水系统中水介质不会倒流回给水系统。对于整个冷却水供给系统中运转产生的气泡，在顶端安装排气风阀1。手动截止阀14作用是当机器人需要日常维护而停止供水时，为了防止冷却循环水流出焊钳，通过手动截至阀14进行关闭，以防止水流从焊钳中流出，影响生产线。

所提供的系统中机器人水气控制子单元的动力气控制模块19是由电磁截止阀5、气动支路电磁换向阀25、过滤器24、溢流阀18、气体调压过滤器10、气体压力比例阀23、警报器22、气压监控器21和气压传感器7组成。区域水气控制分支单元中的控制模快通过控制电磁截止阀5来完成对机器人动力气体的自动开关和高低气压自动切换的工作。气动支路电磁换向阀25与过滤器24完成对气体中的水、油等杂质进行过滤，同时与防止气管路杂质沉积在焊钳与动力气体控制装置中。溢流阀18、气体调压过滤器10和气体压力比例阀16相互组合的作用保证管路中的气体压力差，防止故障出现后的气压倒流，并起到单向阀的作用。警报器22和气压监控器21还与机器人总线控制模块相连接，用来实时监控整个管路的气压和流量的作用。

结合图1-图4，本发明所提供的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统与传统技术的根本区别是将原先以每个机器人水汽控制子单元与总线控制单元之间增加了区域控制分支单元，即将生产线中每个环岛区工位中若干个工业机器人的水气控制子单元分为一个区域控制分支单元，并设立区域总线控制柜、水气流量检测单元以及动力气和冷却水控制阀组。从而整个系统的工作原理和流程也发生了根本变化，其系统总体故障与应急工作具体如下：

1.机器人水气控制子单元中的冷却水故障运行原理：

根据机器人自动化焊接生产线的设计规范，气动焊钳所需的冷却水在系统的进水与回水的流量大于等于6L/分钟。当机器人正常工作时，冷却水通过生产线的总进水管路进入区域水气控制分支单元1的进水管路，然后沿各机器人水气控制子单元的给水管11，通过电磁截止阀5通过各功能结构进入机器人系统进行冷却工作后循环回到回水管12中，最后直接回到生产线的总回水管路。

当单个机器人出现某处漏水故障时候，水流速会急剧降低时，此时水流量传感器2将降低的流量信号总线传递到水气控制子单元中的机器人总线控制柜中，并由此进分别传递到区域总线控制模块和系统的总线控制模块中，机器人总线控制柜会根据系统的总线控制模块反馈的信号自动启动电磁截止阀5，关闭整个冷却水循环控制子模块，同时也停止机器人的工作。由于系统安装有水压平衡器4，启到单向阀的作用，所以管内残水会自动回流入回水管且不需要关闭。

2.机器人动力气控制子单元中的故障运行原理：

根据机器人自动化焊接生产线的设计规范，气动焊钳的工作需要低压气体和高压气体两种类型的动力气。其中低压气体给气动焊钳平衡缸供气，高压气用来给气动焊钳主汽缸供气，而不同气体还为机器人夹具其他夹具或者气缸供气。由于供气管内气体含有水气、油气与焊渣灰尘，所以动力气控制子单元中安装有过滤器24，为应对自动调整不稳定的动力气压，安装有电磁压力比例阀23。

当单个机器人出现某处漏气故障时候，此时气压监控器21将降低的流量信号总线传递到水气控制子单元中的机器人总线控制柜中，并由此进分别传递到区域总线控制模块和系统的总线控制模块中，机器人总线控制柜会根据系统的总线控制模块反馈的信号自动启动气动支路电磁换向阀25，关闭整个动力气控制模块，同时也停止机器人的工作，并向系统的总线模块发出警报，提醒故障区域位置并等待工作人员维修。

3.机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统总体故障故障应急处理工作原理：

参考图1，整个系统在总线控制模块中将不同的区域水气控制分支单元20以及下属的若干组机器人水气控制子单元分别进行编号处理，当生产线中某个机器人出现漏水和漏气的故障时，各机器人水气控制子单元中和区域水气控制分支单元的检测单元组会将水压和气压故障压力变化量，传递到系统的总线控制模块中，由总线控制模块判断故障大小和应对措施，判断标准是水压和气压的降低量(故障标准可以根据生产线的实际情况而定)。当故障较小时，系统的总线控制模块会将处理权限交给该机器人的水气控制子单元，由该故障机器人的总线控制柜启动相应的电磁截止阀5和气动支路电磁换向阀25，将故障的冷却水进水管路或者供气管路自动关停；当一个区域的故障点超过三个或者故障较为严重时候，系统的总线控制模块会根据压力流失量启动区域水气控制分支单元中的总线控制模块，启动该区域的总线控制模块自动启动电磁阀组关闭这个区域的冷却水进水管路或者供气管路；而当整个生产线关键区域的动力气和冷却水出现流量压力急剧流失且伴有失去信号中断的时候，此时系统的总线控制模块会启动，直接关闭控制总体线路的电磁阀，切断整条生产线的冷却水路和动力气路，并相应进行限电处理。

需要说明的是，本发明中有关于数值的选用以及材料的选择均是为了举例说明方案的可实施性，在实际使用与操作中可根据情况进行调整；此外，只要与本发明的基本原理相同，改变或增加部分常规的技术特征也均在本发明的保护范围内。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：包括依次连接的一个生产线水气总线控制单元、若干组区域水气控制分支单元和若干组机器人水气控制子单元，所述机器人水气控制子单元与机器人连接，所述机器人水气控制子单元包括固定于安装支架上的给回水控制模块、动力气控制模块和总线模块，所述给回水控制模块包括依次连接的给水管和回水管，所述给水管的进口和回水管的出口分别用于通过软管连接地面给水箱，所述给水管上设置有与所述总线模块电连接的水流量传感器和电磁截止阀；所述动力气控制模块包括高压气管和低压气管，所述低压气管上设置有与所述总线模块电连接的气压传感器和气体截止阀，所述高压气管用于与压缩机连接；各个所述机器人水气控制子单元中的所述总线模块并联连接后与依次与所述水气控制分支单元、生产线水气总线控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述给回水控制模块通过呢绒锁紧块固定在所述安装支架上。

3.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述给水管为铜质给水管，所述回水管为铜质回水管。

4.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述给水管的进口处设置有手动截止阀。

5.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述给水管的进口与所述水流量传感器之间安装有Y型液体过滤器。

6.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述回水管上安装有水压平衡器，所述水压平衡器用于调整给水和回水压力差。

7.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述给水管的顶端安装有排气风阀。

8.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述动力气控制模块还包括安装在输气管上的油水分离器，所述油水分离器用于过滤低压气体。

9.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述动力气控制模块还包括安装在输气管上的气体压力比例阀。

10.根据权利要求1所述的机器人焊接生产线区域气动焊钳动力和冷却控制系统，其特征在于：所述动力气控制模块还包括安装在输气管上的气体调压过滤器，所述气体调压过滤器用于调整所述输气管中的气压值并进行低压气体过滤。